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關(guān)鍵詞:研究型教學(xué)模式;流體力學(xué);數(shù)值模擬
【中圖分類號(hào)】G64.25 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】
所謂研究型教學(xué)模式是指在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生逐步深入研究某一個(gè)問(wèn)題的教學(xué)模式,是以具體的實(shí)例為研究對(duì)象,利用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí),并結(jié)合現(xiàn)代的研究手段進(jìn)行逐步的深入研究,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,目的是培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的思維模式和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。這是將現(xiàn)代科研研究方法和研究?jī)?nèi)容引入課堂的重要途徑,也是達(dá)到培養(yǎng)研究型人才的重要過(guò)程。本文在流體力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了相關(guān)的嘗試,并獲得了較好的教學(xué)效果。
一、 研究題目的選取
由于是課堂教學(xué),受時(shí)間的限制,研究題目要求適當(dāng),即簡(jiǎn)單易懂、清晰明了,又有實(shí)用價(jià)值和深入研究的前景,在具體教學(xué)中選取了如下的問(wèn)題。
結(jié)構(gòu)如圖1所示,閥門A固定,閥門B可上下移動(dòng),水在閥門A、B所開啟的通道內(nèi)流動(dòng)。若閥門A入口處的來(lái)流速度為已知,試分析流域內(nèi)的壓力分布、速度分布,并計(jì)算閥門B所受到的合力。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)流動(dòng)進(jìn)行分析的同時(shí),提出了如下的問(wèn)題:
(1) 水流對(duì)閥門B的作用力是促使閥門B關(guān)閉還是開啟?
(2) 水流在a、b處的流動(dòng)方向如何?
(3) 水流對(duì)閥門B的作用力與閥門開啟之間的關(guān)系如何?
這個(gè)題目是來(lái)自于工程實(shí)踐中的閥門控制問(wèn)題,在進(jìn)行閥門開啟的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中,要求確認(rèn)閥門B的受力大小及方向。問(wèn)題提出后,可要求學(xué)生根據(jù)自己對(duì)問(wèn)題的理解,先猜想一下結(jié)果,然后再進(jìn)行深入的計(jì)算研究加以驗(yàn)證,并利用流體力學(xué)基本原理進(jìn)行理論的分析和解釋。
二、 研究手段應(yīng)具有先進(jìn)性
介紹先進(jìn)的研究方法,把現(xiàn)代研究工具融入到日常教學(xué)中,是教學(xué)改革的重要內(nèi)容和任務(wù)。就本問(wèn)題而言,這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單,實(shí)際是一個(gè)比較復(fù)雜的紊流流動(dòng)問(wèn)題。鑒于理論求解的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)研究的局限性,采用數(shù)值模擬的方法即體現(xiàn)了先進(jìn)的研究手段,又適合于課堂研究討論和對(duì)問(wèn)題的深入研究和引導(dǎo)。
目前流體力學(xué)的研究方法有三種,一是理論的方法,二是實(shí)驗(yàn)的方法,三是數(shù)值的方法。傳統(tǒng)的流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方法,基本上是基于理論的教學(xué),并輔之以部分簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。利用理論解析的方法求解流體流動(dòng)問(wèn)題,由于受到求解非線性方程沒(méi)有成熟的數(shù)學(xué)方法的制約,研究進(jìn)展緩慢,到目前為止,也只有極少數(shù)的特例得以進(jìn)行理論求解。對(duì)于利用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究,由于受到實(shí)驗(yàn)的局限性,以及大量人力物力的消耗,不適于本問(wèn)題的課堂教學(xué)研究和教學(xué)目的。近年來(lái),隨著計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,社會(huì)生活和科學(xué)研究方法也產(chǎn)生了巨大的變化,利用數(shù)值模擬計(jì)算的方法已經(jīng)是當(dāng)前各個(gè)研究單位的首選研究手段。
鑒于以上論述,在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,同時(shí)介紹現(xiàn)代的研究方法和數(shù)值模擬計(jì)算平臺(tái)(例如Fluent,CFX等),即給學(xué)生深入研究提供了研究手段,又達(dá)到了將教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代研究方法相結(jié)合的目的,對(duì)培養(yǎng)研究型人才具有重要意義。
三、 計(jì)算結(jié)果應(yīng)有合理的解釋和分析
本文利用數(shù)值模擬的方法,通過(guò)對(duì)流域的建模、計(jì)算和后處理,對(duì)本問(wèn)題進(jìn)行了流動(dòng)過(guò)程的研究。對(duì)這一部分教學(xué)內(nèi)容,應(yīng)該對(duì)流場(chǎng)的邊界條件、邊界類型、紊流模型和計(jì)算方法等進(jìn)行較詳細(xì)的介紹和講解。鑒于大學(xué)本科教學(xué)內(nèi)容和流體專業(yè)知識(shí)的限制,可對(duì)流場(chǎng)的邊界條件和邊界類型多做一些講解,例如速度邊界、壓力出流邊界等;對(duì)紊流模型的來(lái)源及其應(yīng)用做簡(jiǎn)單介紹,而對(duì)諸如SIMPLE、PISO算法等僅僅介紹一下怎樣選取和使用即可。
經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算,有如下發(fā)現(xiàn):
(1) 水流的流動(dòng)對(duì)閥門B產(chǎn)生一個(gè)向下的力,促使閥門B趨向于關(guān)閉
對(duì)此結(jié)果,必須要有合理的解釋。通過(guò)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)通道內(nèi)的壓強(qiáng)分布如圖2所示。對(duì)于閥門B來(lái)說(shuō),其上部為低壓區(qū),而下部為高壓區(qū),在這個(gè)壓力差作用下,迫使閥門B有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。
這一部分的流動(dòng),由于通道的變形,迫使水流改變?cè)械牧鲃?dòng)方向,在沖擊閥門B下端壁面的同時(shí),也使閥門B上端壁面產(chǎn)生了低壓區(qū),從而產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。
(2)下部a處,水向通道內(nèi)流動(dòng)
數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)口b的流動(dòng)方向是向上的,這很好理解,但經(jīng)過(guò)口a處的流動(dòng)方向也是向上的,而不是向下的出流,流動(dòng)情況如圖3所示,這就可能與最初的猜想相悖。
對(duì)此情況,可利用伯努利方程進(jìn)行解釋。當(dāng)水流流經(jīng)閥門A、B相接處時(shí),由于通道的變窄,使得流動(dòng)速度加快,并產(chǎn)生一定的真空度。由于設(shè)定a處為大氣壓,則在此真空度的作用下,迫使水流向通道內(nèi)流動(dòng)。
四、 指出進(jìn)一步的研究?jī)?nèi)容
通過(guò)前面的教學(xué),使學(xué)生對(duì)數(shù)值模擬這一現(xiàn)代研究手段及研究過(guò)程有了初步的了解,達(dá)到了將現(xiàn)代研究方法引入課堂的目的。為了更加有效的掌握教學(xué)內(nèi)容,在介紹完數(shù)值模擬平臺(tái)的使用,并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了初步研究之后,還必須引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考和研究。
具體到本次教學(xué),提出了閥門B的受力大小與閥門開啟之間有什么樣的關(guān)系,要求進(jìn)一步深入研究。這里首先要定義閥門的開啟度,應(yīng)該是一個(gè)無(wú)量綱的量。然后利用數(shù)值模擬平臺(tái),進(jìn)行逐步的研究,并把計(jì)算結(jié)果繪制成曲線。這一部分工作,可留給同學(xué)課后完成,并要求以科研論文的格式寫出研究報(bào)告。實(shí)踐證明,這樣的要求激發(fā)了學(xué)生的研究熱情,也使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的方法和內(nèi)容有了更深的體會(huì)。
本科生寫出科研論文是卓越工程師計(jì)劃的一部分,因此,這一部分的教學(xué)內(nèi)容對(duì)參與卓越工程師計(jì)劃的專業(yè)尤為重要。
五、 教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題
采用這種研究型教學(xué)模式,有如下的體會(huì)。
1、 教學(xué)時(shí)機(jī)的把握
采用這種教學(xué)方法,應(yīng)該是在講授完流體力學(xué)基本內(nèi)容之后進(jìn)行。這里的流體力學(xué)基本內(nèi)容包括流體流動(dòng)的連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量定理,并對(duì)粘性流動(dòng)的層流和紊流等進(jìn)行介紹之后進(jìn)行。
2、 教學(xué)方式即可以采用演示的方法,也可以采用師生互動(dòng)的方法
對(duì)于有條件的,應(yīng)該盡量采用師生互動(dòng)的方法進(jìn)行教學(xué),從方案的設(shè)定,到計(jì)算結(jié)果的處理和分析,要求師生一起進(jìn)行,并進(jìn)行充分的討論,這樣的教學(xué)效果是最好的。
3、 題目的選取
采用研究型教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),應(yīng)以講解研究方法和研究過(guò)程為宗旨。其中題目的選取至關(guān)重要,一般來(lái)說(shuō),題目不易選得過(guò)于復(fù)雜,最好是來(lái)自于工程實(shí)際,并具有一定的代表性和后續(xù)研究?jī)?nèi)容。
4、 教學(xué)后期的把握
這種教學(xué)過(guò)程的重要一環(huán)是學(xué)生的課后練習(xí)和對(duì)題目的進(jìn)一步深入研究。另外,在要求完成本課題的后續(xù)研究并形成報(bào)告的同時(shí),還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)自去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并利用學(xué)到的工具去解決問(wèn)題。對(duì)于所完成的研究報(bào)告,應(yīng)影響到本門課程的最終成績(jī)。
本文所闡述的研究型教學(xué)方法,通過(guò)幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的研究能力起到了積極的作用,取得了較好的教學(xué)效果。教學(xué)效果在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)階段得到較充分的體現(xiàn),受到師生的好評(píng)。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:船舶動(dòng)力裝置;能源動(dòng)力;教材改革
一、課程情況簡(jiǎn)介
“船舶動(dòng)力裝置”是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)主干課,國(guó)內(nèi)知名的理工院校如上海交通大學(xué)、大連理工大學(xué)、大連海事大學(xué)等均將其列為專業(yè)必修課。該課程在學(xué)生已學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)、工程流體力學(xué)等課程的基A上,著重教授柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽動(dòng)力、核動(dòng)力和聯(lián)合動(dòng)力裝置等典型動(dòng)力形式的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置需滿足的各種條件;培養(yǎng)學(xué)生在船舶總體設(shè)計(jì)中各方面的初步協(xié)調(diào)能力,為今后從事熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)踐打下較為扎實(shí)的理論和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。
二、教材使用情況
“船舶動(dòng)力裝置”課目前正在使用的教材為哈爾濱工程大學(xué)出版社出版,由張志華教授編著的《船舶動(dòng)力裝置概論》一書,這本書主要介紹船舶(軍、民用)動(dòng)力裝置系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能及發(fā)展。其中包括船舶內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽鍋爐及汽輪機(jī)、核動(dòng)力、聯(lián)合動(dòng)力裝置、軸系傳動(dòng)、特種動(dòng)力裝置等核心知識(shí)。該教材與我校的三海一核辦學(xué)理念一致,能夠起到很好的教學(xué)作用。但此書編著于1999年,至今已有15年的時(shí)間,書中對(duì)于動(dòng)力裝置的各種性能指標(biāo)介紹較目前最先進(jìn)的動(dòng)力裝置形式相差較大,在教學(xué)過(guò)程中需要執(zhí)教教師補(bǔ)充相關(guān)最新指標(biāo)知識(shí)。此外,書中對(duì)于不同動(dòng)力裝置形式如何在船舶中布置,以及布置時(shí)需要面臨和解決的問(wèn)題講述較少。因此,為達(dá)到更好的教學(xué)效果,需要更新該教材的部分知識(shí)點(diǎn)。
三、更新教材的意義
“船舶動(dòng)力裝置”這門課程是一門專業(yè)導(dǎo)論課,該課程旨在為后續(xù)專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。此外,內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、熱能工程專業(yè)的學(xué)生可以通過(guò)該門課程的學(xué)習(xí),對(duì)船舶柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽動(dòng)力裝置、核動(dòng)力裝置、聯(lián)合動(dòng)力裝置、特種動(dòng)力裝置有所了解,掌握各種船用發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成、工作原理、適用方向、主要相關(guān)附屬設(shè)備的構(gòu)成與作用及船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布置需滿足的各種條件等。
通過(guò)更新教材,可以培養(yǎng)學(xué)生在船舶總體設(shè)計(jì)中各方面的初步協(xié)調(diào)能力,使他們?cè)谌蘸蠊ぷ髦心軌蚪鉀Q發(fā)動(dòng)機(jī)的工程設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)踐中的相關(guān)問(wèn)題,具備較為扎實(shí)的理論和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。
通過(guò)更新教材,可以縮短課堂與工程實(shí)際的距離,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力,建立完善的知識(shí)體系以滿足工程應(yīng)用需要,為工程實(shí)際培養(yǎng)可用、頂用的創(chuàng)新型人才。
四、如何更新教材
為滿足現(xiàn)有教學(xué)需要,計(jì)劃從以下幾個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有教材進(jìn)行更新。
一是收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)于船舶柴油機(jī)、船舶燃?xì)廨啓C(jī)、船舶蒸汽動(dòng)力和船舶核動(dòng)力的相最新研究報(bào)告,從中獲取相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)。
二是整理相關(guān)專業(yè)的研究成果,總結(jié)不同船舶動(dòng)力裝置未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì),以便在后續(xù)的教學(xué)環(huán)節(jié)中,有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生向該方向發(fā)展。
三是設(shè)置不同噸位與用途的船舶形式、指標(biāo)參數(shù)、動(dòng)力裝置形式、布置方式等資料,在教材中引入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),以實(shí)際船舶的動(dòng)力布置使學(xué)生了解從動(dòng)力裝置至推進(jìn)裝置間的各種設(shè)備連接、使用情況,達(dá)到學(xué)以致用的目的。
四是請(qǐng)相關(guān)專業(yè)課的授課教師幫助引入后續(xù)深入學(xué)習(xí)時(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容,在教材內(nèi)以重點(diǎn)、難點(diǎn)的形式加以強(qiáng)調(diào)。
船舶動(dòng)力裝置這門課程旨在引導(dǎo)學(xué)生了解各種典型動(dòng)力裝置在實(shí)際中的應(yīng)用,注重各類船舶動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理的介紹。通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有教材和人才培養(yǎng)目標(biāo),提出《船舶動(dòng)力裝置》教材改革的若干建議,期望有助有優(yōu)質(zhì)教材的出版,進(jìn)而為我國(guó)船舶動(dòng)力行業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才。
參考文獻(xiàn):
[1]孫自力,李憶辛,許寶森.船舶動(dòng)力裝置技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].遼寧高職學(xué)報(bào),2001(4):76-78.
[2]任莉,李華彥,張文孝.船舶動(dòng)力裝置課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革探討[J].裝備制造技術(shù),2013(8):207-208.
關(guān)鍵詞:氣動(dòng);設(shè)計(jì);教學(xué)
在傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式和計(jì)劃中沒(méi)有氣動(dòng)設(shè)計(jì)類課程中,過(guò)去學(xué)生都是通過(guò)分別學(xué)習(xí)空氣動(dòng)力學(xué)和飛機(jī)設(shè)計(jì)兩門課程,然后在工程實(shí)踐中摸索氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法,由行器性能要求的越來(lái)越高和氣動(dòng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,國(guó)內(nèi)外已普遍認(rèn)識(shí)到這門課程的必要性和重要性。該課程的主要教學(xué)目的是建立起空氣動(dòng)力學(xué)和飛機(jī)設(shè)計(jì)兩者之間的橋梁,將空氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論和飛機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合,使學(xué)生對(duì)飛行器的氣動(dòng)設(shè)計(jì)有一個(gè)全面的了解和掌握,培養(yǎng)學(xué)生飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)能力以及全面綜合分析能力,建立飛行器空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論,和其他相關(guān)學(xué)科的綜合考慮,為學(xué)生進(jìn)行飛行器的氣動(dòng)設(shè)計(jì)提供空氣動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)、分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在前期良好的教學(xué)建設(shè)基礎(chǔ)上,不斷擴(kuò)充完善教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、前瞻性和實(shí)用性,改進(jìn)教學(xué)方法,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。
一、教學(xué)內(nèi)容的組織完善
與該課程相關(guān)的國(guó)內(nèi)外參考資料非常有限,教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分收集整理國(guó)內(nèi)外相關(guān)著作、文獻(xiàn),利用網(wǎng)絡(luò)資源,綜合研討教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)中注意將國(guó)內(nèi)外前沿最新的飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)理論方法引入教學(xué),不斷擴(kuò)充完善教學(xué)內(nèi)容。由行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)、飛行控制、隱身等學(xué)科密切相關(guān),涉及面廣,因而,教材內(nèi)容的組織取舍,如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)選取組織授課內(nèi)容,保證課程的基礎(chǔ)性、前瞻性和實(shí)用性,是非常重要而艱難的任務(wù)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)廣泛進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程教學(xué)調(diào)研,收集資料,研討并完善教學(xué)內(nèi)容,形成了較為合理的課程體系。教學(xué)內(nèi)容從運(yùn)輸機(jī)到戰(zhàn)斗機(jī)再到高超聲速飛行器,循序漸進(jìn)。運(yùn)輸機(jī)作為最基本的飛行器類型,特別是民機(jī),主要要求的是安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性,設(shè)計(jì)目標(biāo)相對(duì)集中,都是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的基本問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō),主要包括先進(jìn)翼型的不斷發(fā)展,亞音速干線飛機(jī)三維機(jī)翼的設(shè)計(jì),機(jī)翼翼梢減阻裝置的應(yīng)用、如何減少摩擦阻力、減少部件間的干擾阻力等減阻措施,低速起飛著陸階段的增升裝置外形的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì),多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì),最后簡(jiǎn)要介紹高速民航機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)性能要求不斷提高,并且涵蓋多個(gè)方面,如機(jī)動(dòng)性、超聲速巡航特性、隱身特性、超視距作戰(zhàn)能力等,因而課程重點(diǎn)包括了現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的氣動(dòng)布局,邊條翼、鴨式布局、前掠翼等,隱身要求和空氣動(dòng)力的綜合設(shè)計(jì),發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)及其與飛機(jī)的一體化設(shè)計(jì),推力矢量化,機(jī)敏性和超機(jī)敏性等,并且重點(diǎn)介紹了數(shù)值模擬方法在未來(lái)飛機(jī)設(shè)計(jì)中的重要性。由于高超聲速飛行器的迅速發(fā)展,課程也對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,高超聲速飛行是洲際彈道導(dǎo)彈、回收衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)在上升段和再入大氣層時(shí),以及穿越行星大氣層的宇宙探測(cè)器進(jìn)入行星大氣時(shí)將經(jīng)歷的飛行階段,也是當(dāng)前正在發(fā)展的跨大氣層飛機(jī)和新型武器系統(tǒng)所必須具備的能力。由于學(xué)生高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)偏弱,故首先概述了高超聲速技術(shù)的需求背景、高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、高超聲速流動(dòng)的基本特性,然后重點(diǎn)介紹了氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱工程計(jì)算模型和高超聲速飛行器熱防護(hù)等內(nèi)容。
二、教學(xué)方法的綜合應(yīng)用
1.板書、電子課件、多媒體資料的有機(jī)結(jié)合。在課程教學(xué)中,根據(jù)講授的具體內(nèi)容,結(jié)合板書、電子課件、多媒體資料等多種手段綜合應(yīng)用。由于上課的研究生專業(yè)不同,基礎(chǔ)差異較大,故在講授中,教師需要根據(jù)學(xué)生的具體情況,以空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理論為核心,輔以補(bǔ)充必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和理論,這些內(nèi)容比較適合以板書的形式,而多媒體資料可以加深學(xué)生的印象,提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí),增加學(xué)習(xí)興趣,加深對(duì)基本理論的理解,故板書、電子課件、多媒體資料等相互補(bǔ)充,相輔相成。
2.案例教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合。教師在課程講授過(guò)程中,注意理論學(xué)習(xí)和案例教學(xué)相結(jié)合,由于氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基本理論和飛行器的設(shè)計(jì)發(fā)展更新?lián)Q代直接相關(guān),因而在基本理論的講授中緊密結(jié)合具體案例,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),加深對(duì)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基本理論的綜合理解。如在民機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)中,重點(diǎn)介紹了空客380、波音787等飛機(jī)的典型設(shè)計(jì)特點(diǎn),了解翼梢裝置設(shè)計(jì)中與結(jié)構(gòu)重量等多學(xué)科優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想,機(jī)翼載荷的展向分布設(shè)計(jì)特點(diǎn)等。結(jié)合F15、F16討論發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)等。結(jié)合F22討論現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),機(jī)動(dòng)性和隱身性的綜合權(quán)衡,對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的挑戰(zhàn)等問(wèn)題。
3.課外研究報(bào)告的撰寫與課堂討論相結(jié)合。為增強(qiáng)學(xué)生的科研實(shí)踐能力,在課堂教學(xué)的同時(shí),要求學(xué)生課外針對(duì)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)專題查閱文獻(xiàn)、綜合分析、研究討論、撰寫論文,并組織學(xué)生課堂展示研討,變學(xué)生被動(dòng)聽講為主動(dòng)學(xué)習(xí)研討,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺(jué)性,鍛煉學(xué)生自主研究、綜合分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)實(shí)踐中,對(duì)論文選題給以合理指導(dǎo),相對(duì)集中,以增加討論的參與性,收到較好的教學(xué)效果。
4.考核體系的完善。在教學(xué)方法研究方面,進(jìn)行了考核體系改革,結(jié)合考試、報(bào)告撰寫、課堂研討、考勤等多種形式,全面衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、知識(shí)掌握、靈活運(yùn)用、收集整理資料、研究解決問(wèn)題、撰寫報(bào)告、表達(dá)能力等多方面的考察。并積極聽取學(xué)生的反饋意見,為進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量,提高教學(xué)效果提供參考。
三、課程的特點(diǎn)
由于現(xiàn)代飛行器發(fā)展迅速,不斷更新的飛機(jī)都集成了新取得的科研成果和先進(jìn)技術(shù),教學(xué)內(nèi)容不斷變化是課程的一個(gè)顯著特點(diǎn),取得高性能的變化多樣的氣動(dòng)布局是空氣動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際飛行器設(shè)計(jì)的杰出成果。將經(jīng)典理論和飛行器前沿設(shè)計(jì)技術(shù)緊密結(jié)合,直接面向工程部門飛行器設(shè)計(jì)應(yīng)用,故課程不僅要涵蓋氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基本理論基本方法,而且要和當(dāng)前國(guó)際航空航天前沿最新水平接軌,反映國(guó)際最高水平,只有這樣,才能使學(xué)生掌握最新的氣動(dòng)設(shè)計(jì)思想方法理論,更好地服務(wù)于工程實(shí)踐。本課程不僅在空氣動(dòng)力學(xué)專業(yè),而且對(duì)相關(guān)專業(yè)如飛機(jī)設(shè)計(jì)、固體力學(xué)等專業(yè)的研究生培養(yǎng)中都占有重要地位,是學(xué)生全面掌握飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要理論和主要方法重要的專業(yè)課,和飛行器設(shè)計(jì)工程實(shí)踐密切相關(guān),為學(xué)生畢業(yè)后從事飛行器設(shè)計(jì)提供空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法支撐。課程綜合性較強(qiáng),覆蓋面廣,涉及多學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域,選課同學(xué)有碩士、博士研究生、單位代培等不同類別。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的作用與意義可以有更深的認(rèn)識(shí),同時(shí)也切實(shí)認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性、多學(xué)科綜合應(yīng)用的重要性,有利于在今后的學(xué)習(xí)工作中更全面更綜合的考慮問(wèn)題,為以后科研工程實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、總結(jié)
本課程是一門重要的研究生專業(yè)課,在國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程中有其鮮明的特色,在教學(xué)安排上,注意教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)完善,不斷將最新的科技成果增加到教學(xué)內(nèi)容中,將氣動(dòng)設(shè)計(jì)基本理論和飛行器設(shè)計(jì)前沿技術(shù)相結(jié)合;課程體系設(shè)計(jì)合理,教學(xué)方法多樣,對(duì)飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的能力培養(yǎng)有重要意義。
作者:吳宗成 鄒輝 高振勛 單位:北京航空航天大學(xué)
參考文獻(xiàn):
[1]潘翀,孫振佳,高琪.《近代流動(dòng)測(cè)試技術(shù)》雙語(yǔ)教學(xué)的理念與實(shí)[J].教育教學(xué)論壇,2014,(23):214-216.
[2]劉沛清,屈秋林,郭昊.關(guān)于加強(qiáng)我國(guó)現(xiàn)代高等工程教育的幾點(diǎn)看法[J].教育教學(xué)論壇,2011,(20):36-37.
[3]劉沛清.空氣動(dòng)力學(xué)研討課建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐,2016,38(1):87-89.
[4]王曉軍,邱志平.航空專業(yè)研究生課《飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》教學(xué)改革探析[J].力學(xué)與實(shí)踐,2013,35(4):60-62.
[5]楊華保,王和平.“飛行器總體設(shè)計(jì)”精品課程教學(xué)改革探索[J].高等工程教育研究,2007,(1):131-132.
[6]宋磊,黃俊.面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].學(xué)位與研究生教育,2011,(3):47-51.
摘要:在研究性學(xué)習(xí)的開展中,學(xué)校的總體安排和宏觀指導(dǎo)是開展好研究性學(xué)習(xí)課程的重要一環(huán),而對(duì)“選題”、“研究方法”、“結(jié)果評(píng)價(jià)”等研究性學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)上的指導(dǎo)是搞好研究性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵,要認(rèn)真對(duì)待。
我校的辦學(xué)思路、辦學(xué)模式、教育觀念、教學(xué)方法都具有鮮明的時(shí)代特征,培養(yǎng)具有自主教育能力、獨(dú)立思考能力、終身學(xué)習(xí)能力的學(xué)生已成為二十四中人的共識(shí)。所以教師們?cè)谧ズ媒虒W(xué)的同時(shí),都很注重科學(xué)研究,自覺(jué)地用理論指導(dǎo)自己的教育教學(xué)實(shí)踐,這種良好的作風(fēng)也深深影響著學(xué)生。學(xué)生自己創(chuàng)辦了許多社團(tuán),如《藍(lán)帆》文學(xué)社、《星空》雜志社,在大連市中學(xué)生中頗具影響力,學(xué)生自己撰寫的科技小論文在省市比賽中多人次獲獎(jiǎng)。近年來(lái),學(xué)校又在學(xué)生社會(huì)實(shí)踐方面設(shè)計(jì)了很多活動(dòng),如寒暑假組織學(xué)生進(jìn)行社會(huì)實(shí)踐調(diào)查,《博物館蕭條之謎》、《大連市IT產(chǎn)業(yè)調(diào)查》等多篇調(diào)查報(bào)告被《大連日?qǐng)?bào)》選用。
正在學(xué)校探索如何使學(xué)生能更加深入社會(huì),把自己學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐、在實(shí)踐中豐富自己的知識(shí)的時(shí)候,教育部新一輪課程改革實(shí)施計(jì)劃傳達(dá)到了學(xué)校,師生們無(wú)不為之振奮。研究性課程的提出,為我們的探索指明了方向,也使我們認(rèn)識(shí)到要求學(xué)生進(jìn)行社會(huì)實(shí)踐調(diào)查順應(yīng)了時(shí)代的要求,但以前的做法層次較淺,認(rèn)識(shí)較模糊,學(xué)生實(shí)踐的內(nèi)容較盲目,成果還不是很顯著。所以,學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對(duì)新一輪課程計(jì)劃尤其是研究性學(xué)習(xí)課程十分重視,并采取了積極措施落實(shí)教育部的要求。首先,組織教師學(xué)習(xí)與研究性學(xué)習(xí)有關(guān)的資料,聘請(qǐng)華東師范大學(xué)王健研究員來(lái)校講座,澄清了我們?cè)S多的模糊認(rèn)識(shí),使我們意識(shí)到研究性學(xué)習(xí)課程作為教育要求的必修課,它的意義和作用是深遠(yuǎn)的。其次,讓幾個(gè)骨干教師帶頭引路,梁立冬、于向東兩位老師在高一年級(jí)中率先開始了研究性學(xué)習(xí)方面的探索。他們共同組織學(xué)生對(duì)“水的世界”開展研究,同學(xué)們熱情高漲,分組就水的家族、水的污染與凈化、海水淡化、海洋開發(fā)與利用、節(jié)約用水的方法、二十一世紀(jì)海洋城市構(gòu)想、流體力學(xué)與造船等問(wèn)題進(jìn)行專題研究。學(xué)生們通過(guò)各種渠道查找資料,結(jié)合已有知識(shí)進(jìn)行研究,撰寫了精彩的研究報(bào)告,并把自己的研究成果做成軟件展示出來(lái),得到專家領(lǐng)導(dǎo)、教師及同學(xué)們一致好評(píng)。在此基礎(chǔ)上,學(xué)校又在寒假作業(yè)中針對(duì)高一年級(jí)布置了研究性學(xué)習(xí)任務(wù)。這次研究的范圍更廣,涉及的領(lǐng)域更多,有天文地理、物理化學(xué)、歷史政治、數(shù)學(xué)文學(xué)等與課本密切相關(guān)的內(nèi)容,也有戲曲文藝、環(huán)境保護(hù)、航空航天、宇宙探索、中國(guó)入世等與課堂學(xué)習(xí)關(guān)系不大的方面,同學(xué)們的熱情仍然不減。學(xué)生還利用假期撰寫了大量有價(jià)值的研究報(bào)告。
前一段的探索有了成果,我們搞好研究性學(xué)習(xí)的信心更足了。結(jié)合已取得的經(jīng)驗(yàn),學(xué)校又做了以下工作:
一、開足課時(shí),在高一開了三門研究性學(xué)習(xí)課程。
二、編寫了具有我校特色的教材。
三、組織教師認(rèn)真落實(shí)研究性學(xué)習(xí)計(jì)劃,并制定相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施。涉及到的教師年終要撰寫一份相關(guān)論文。
四、把高一年級(jí)學(xué)生分成116個(gè)研究小組,自己在校內(nèi)外聘請(qǐng)指導(dǎo)教師,期末每個(gè)學(xué)生都要交一份研究報(bào)告,由指導(dǎo)教師評(píng)定等級(jí)記入檔案。
五、在高二年級(jí)校內(nèi)單科結(jié)業(yè)的科目中實(shí)行研究性學(xué)習(xí),并且與學(xué)分制結(jié)合起來(lái)。
六、建立評(píng)價(jià)機(jī)制,以保證研究性學(xué)習(xí)持續(xù)健康地發(fā)展下去。對(duì)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的訓(xùn)練,既有利于提高學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力,也為學(xué)生進(jìn)一步適應(yīng)研究性學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)。因此,我校提倡將研究性學(xué)習(xí)滲透到各個(gè)學(xué)科的學(xué)習(xí)中去。
三年來(lái)我校不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),更新方法,在各門學(xué)科中大膽嘗試研究性學(xué)習(xí)的策略:“選問(wèn)題″“引方法”“弱評(píng)價(jià)”。
一、選問(wèn)題
選問(wèn)題是開展研究性學(xué)習(xí)的前提。課前教師布置學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材,一方面初步了解所學(xué)知識(shí),另一方面在學(xué)習(xí)的過(guò)程中能對(duì)其中某個(gè)或某些知識(shí)點(diǎn)質(zhì)疑并提出問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題,學(xué)生可以通過(guò)閱讀書籍、上網(wǎng)搜詢或與他人討論來(lái)解決,也可以由學(xué)生將這些問(wèn)題制作成課件,在課堂上研究解決。但更多的是學(xué)生們?cè)谡n堂上提出需要研究
的問(wèn)題。對(duì)于學(xué)生提出的問(wèn)題,教師不是沒(méi)有選擇地都讓學(xué)生去研究,而是有所取舍,其標(biāo)準(zhǔn)一是是否緊扣或符合學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容。研究性學(xué)習(xí),有別于一般的常識(shí)講座或知識(shí)競(jìng)賽,它必須有助于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解,否則就不能完成教學(xué)大綱的要求。二是是否具有“趣味性”,有趣味才能激起學(xué)生研究的欲望,調(diào)動(dòng)學(xué)生研究的積極性。因此,教師應(yīng)以教材為載體,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特性及時(shí)把握學(xué)生心理,將趣味性挖掘出來(lái)以點(diǎn)燃學(xué)生研究的熱情,使學(xué)生盡快進(jìn)入好奇、渴盼的情境和急不可耐探究新知的狀態(tài)。如果學(xué)生對(duì)研究的問(wèn)題興趣不大,那么就不可能收到研究的預(yù)期效果。另外,所選擇的問(wèn)題一般以學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),比學(xué)生己有的知識(shí)適當(dāng)深一點(diǎn)、難一點(diǎn),以促使他們“跳起來(lái)才能摘到果子”。
二、引方法
引方法是開展研究性學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。在“引方法”的過(guò)程中,教師要進(jìn)行必要的、指導(dǎo)性的講解,還要在發(fā)揮學(xué)生主體作用的同時(shí)提供方法、引導(dǎo)研究。教師應(yīng)把握好三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié):
第一、教會(huì)學(xué)生運(yùn)用正確的分析方法。學(xué)生在討論中往往會(huì)各抒己見,從不同角度,運(yùn)用各種方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行論證。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、比較較和歸納,使學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的本質(zhì)。提醒學(xué)生不要用孤立、靜止的眼光看問(wèn)題,要用聯(lián)系、發(fā)展的觀點(diǎn)全面地認(rèn)識(shí)事物,等等。學(xué)生只有初步掌握了這些基本的辯證法,才能夠正確地、科學(xué)地分析問(wèn)題。
第二、突出學(xué)生研究過(guò)程的參與性。全員參與是研究性學(xué)習(xí)的重要特征。在學(xué)生分組研究的過(guò)程中,教師要有意識(shí)地把不同類型的學(xué)生搭配在一起,便于互相影響、互相學(xué)習(xí)。這樣,性格內(nèi)向、膽怯的學(xué)生在交流中也能逐步獲得自信、體驗(yàn)成功。
第三、教學(xué)生在討論中學(xué)會(huì)交流、合作、吸納和寬容。學(xué)生在討論中發(fā)表不同意見時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生碰撞、沖突,甚至激烈的爭(zhēng)吵。教師要引導(dǎo)學(xué)生平等發(fā)表意見。學(xué)會(huì)對(duì)不同觀點(diǎn)的尊重和寬容,學(xué)會(huì)吸納別人的不同意見,來(lái)補(bǔ)充、完善自己的看法,學(xué)會(huì)與他人達(dá)成一致,共同分享成果等等。三、弱評(píng)價(jià)
具體來(lái)說(shuō),這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是彈性的:學(xué)生在探究過(guò)程中對(duì)已有知識(shí)的理解、掌握、拓展和運(yùn)用程度;學(xué)生探究方法的科學(xué)性和合理性;全體學(xué)生在探究過(guò)程中的參與程度;學(xué)生對(duì)社會(huì)和科技發(fā)展的關(guān)注程度等等,都可以作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。
最后是解決問(wèn)題,即著力培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未知探索的興趣、習(xí)慣和科學(xué)的思維方法。課堂教學(xué)結(jié)束,不代表研究性學(xué)習(xí)的結(jié)束,為了把課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容延伸,教師還要布置有彈性、能引發(fā)思考的作業(yè)。歸納起來(lái)體現(xiàn)為“四性”:一是層次性,即思考題不是簡(jiǎn)單地重復(fù)學(xué)生在課堂上已經(jīng)討論過(guò)的問(wèn)題,而是比其深一步的問(wèn)題,或是課堂討論中尚未解決的帶有典型意義的問(wèn)題。二是開放性,即學(xué)生對(duì)布置的思考題,可以通過(guò)各種途徑(如查書籍、網(wǎng)上閱覽、請(qǐng)教他人等)、各種形式(如寫成文字、制作多媒體課件、講演、個(gè)別交流等)完成。三是實(shí)踐性,布置的問(wèn)題盡可能通過(guò)學(xué)生動(dòng)手或參加社會(huì)實(shí)踐來(lái)解決。四是創(chuàng)新性,鼓勵(lì)學(xué)生提其他同學(xué)沒(méi)有想到的問(wèn)題,或老師所留問(wèn)題以外的問(wèn)題。
研究性學(xué)習(xí)在我們國(guó)家還是一個(gè)新生事物,他的良性發(fā)展要靠廣大教師群策群力,我們學(xué)校有決心在這個(gè)領(lǐng)域中做出成績(jī),為中國(guó)基礎(chǔ)教育改革做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
進(jìn)。
關(guān)鍵詞受限射流堵頭圓管熱膜測(cè)速
AbstractMeasuresthetimemeanvelocityandvelocityfluctuationusingahotfilmanemometerwithdifferentconfinementratiofortheaxisymmetricturbulentjitIadead-endtunnel.Byanalysingthedatafromthemeasurement,proposesthedivisionoffourflowregions-thefreespread,confinedspread,contractionandzero-time-averaged-flowregions,andthecriterionandflowcharacteristicsforeachofthem,withafewnewempiricalformulasderived.
Keywordsconfinedaxisymmetricjetdead-endtunnelHWAHFAvelocitymeasurement
1前言
紊動(dòng)射流是流體運(yùn)動(dòng)的一種重要類型,在航天航空、動(dòng)力機(jī)械、化工設(shè)備、自動(dòng)控制、水力采掘、民用消防、農(nóng)業(yè)噴灌、環(huán)境工程、通風(fēng)空調(diào)等許多工程技術(shù)部門中都有大量的射流問(wèn)題。按照射流周圍環(huán)境條件,射流可分為受納空間無(wú)限大或遠(yuǎn)比射流特征尺寸大的自由射流與受納空間有限的非自由射流或稱受限射流。
在通風(fēng)空調(diào)工程中,廣泛采用射流送風(fēng)。進(jìn)入室內(nèi)的射流大部分屬于受限射流,如圖1所示。射流由噴口噴入房間,只要噴口尺寸斷面尺寸相比不是很小,其擴(kuò)展就會(huì)受到房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)(頂棚、墻壁或地板等)的限制和影響,形成回流?;亓鞯拇嬖谑鞘芟奚淞髋c自由射流的主要區(qū)別,對(duì)自由射流的實(shí)驗(yàn)和理論研究均已比較成熟,國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)介紹這方面研究的文獻(xiàn)很多[1~6],但對(duì)實(shí)際工程中更常見的受限射流流動(dòng)特性研究卻不多見,所以,從工程實(shí)際出發(fā),研究受限射流具有重要意義。
圖1房間通風(fēng)射流示意圖
從理論上說(shuō),受限射流是紊動(dòng)射流的一種,而紊動(dòng)射流作為典型的剪切紊流,盡管對(duì)它的研究已有幾十年的歷史,但至今仍然是一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域,因?yàn)檫@些研究有助于加深人們對(duì)率流特性的認(rèn)識(shí),如對(duì)自由射流中擬序結(jié)構(gòu)的研究就使人們對(duì)紊流結(jié)構(gòu)有了新的認(rèn)識(shí)和理解[7,8],所以對(duì)受限射流的研究也可以增進(jìn)人們對(duì)紊流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。
本課題采用熱膜流速儀研究堵頭圓管中不同受限度等溫軸對(duì)稱射流流場(chǎng)的時(shí)均和脈動(dòng)特性,探求分析計(jì)算方法進(jìn)行校核、補(bǔ)充或修改,并對(duì)射流內(nèi)部紊動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行探討。
2實(shí)驗(yàn)裝置
2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖2所示,由風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管道、穩(wěn)流箱和實(shí)驗(yàn)段--堵頭圓管等幾部分組成。選用圓形截面堵頭管來(lái)研究受限射流,是考慮到與矩形斷面模型相比,圓管的軸對(duì)稱性可大大減少測(cè)點(diǎn)數(shù)目,而且文獻(xiàn)[9]中比較了矩形斷面堵頭管和圓形斷面堵頭管中受限射流的實(shí)驗(yàn)成果,指出以斷面面積為特征尺度選擇無(wú)量綱數(shù),模型的斷面形狀對(duì)流速、流量的大小影響不大,只是對(duì)射流和回流的位置有影響。
圖2實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
1.吸風(fēng)口2.送風(fēng)機(jī)3.軟接頭4.鐵皮送風(fēng)管道5.風(fēng)量調(diào)節(jié)閘板
6.穩(wěn)流方箱7.格柵與紗網(wǎng)8.連接段9.射流噴嘴10.堵頭圓管
2.2量測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)布置
模型實(shí)驗(yàn)段如圖3所示,堵頭圓管內(nèi)徑D=240mm,全長(zhǎng)L=170mm,等于模型直徑的7倍多。根據(jù)羅津別爾格[9]的實(shí)驗(yàn),射流作用的最大長(zhǎng)度不超過(guò)堵頭管直徑的4倍數(shù),故該模型長(zhǎng)度充分有余。圓管制一端被封死,開口的一端裝有送風(fēng)噴嘴和連接
段,送風(fēng)噴嘴用螺栓固定在噴嘴支板上。
圖3模型實(shí)驗(yàn)段
1.連接段2.噴嘴支板3.噴嘴4.堵頭圓管
由于模型的軸對(duì)稱性,每個(gè)斷面只須在一條直徑上量測(cè),在堵頭管的上部和下部各開有一排圓孔,上部圓孔直徑為8.5mm,其中標(biāo)有"c"的圓孔在位置為最測(cè)斷面,直探針(熱膜探針和邊界探針)從這些圓孔引入模型內(nèi)部矛盾測(cè)量;標(biāo)有"f"的圓孔是輔助量測(cè)孔,供彎頭長(zhǎng)50mm的皮托管引入模型對(duì)量測(cè)斷面進(jìn)行測(cè)量。
3量測(cè)儀器
3.1熱膜流速儀
實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)TSI-1050A恒溫型熱膜/熱線流速儀量測(cè)流速,探針選用長(zhǎng)1mm,直徑51μmr1210-20型圓柱熱膜探針。熱膜流速儀以熱平衡原理為基礎(chǔ),利用置于流場(chǎng)中由電流加熱的敏感元件來(lái)量測(cè)測(cè)點(diǎn)速度。TSI-1050A熱膜流速儀框圖如圖4所示,液體速度的變化使探針產(chǎn)生的電訊號(hào)經(jīng)1050A放大處理后,輸入IFA-200進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換,然后輸入計(jì)算機(jī)主機(jī)(HP-100)。智能型終端(2623A型)由鍵盤控制,并通過(guò)它來(lái)選擇各種采樣參數(shù),進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算分析處理,結(jié)果可用表格和圖形在屏幕上顯示,也可由熱敏打印機(jī)輸出。
圖4TSI-1050A熱膜流速儀框圖
3.2正反流分界線探針
噴入堵頭管中的受限射流,其流場(chǎng)特點(diǎn)是內(nèi)部存在零流速點(diǎn),且上下流動(dòng)方向相反,而采用標(biāo)準(zhǔn)的熱膜探針不論流速方向如何,輸出的電壓值總是正值,所以必須采用其它方法判定流速方向。根據(jù)文獻(xiàn)[11][12]設(shè)計(jì)了正反流分界線探針(圖5),探針頭部是兩根相對(duì)的直徑為1mm的細(xì)管,兩細(xì)管彼此錯(cuò)開約1mm,可感受兩個(gè)方向的壓力。將此探針由各測(cè)斷面的圓孔伸入堵頭管內(nèi),只有當(dāng)軸向流速為零時(shí),兩細(xì)管感受的壓力才相等,將探針在各斷面上下移動(dòng),即可測(cè)得正反流分界位置,即射流邊界。文獻(xiàn)[12]用這種探針測(cè)量了通道內(nèi)穩(wěn)定器后帶回流區(qū)流場(chǎng)正反流分界線,通過(guò)分析認(rèn)量測(cè)結(jié)果是可靠的。
5正反流分界線探針
4實(shí)驗(yàn)成果與分析
4.1實(shí)驗(yàn)條件與量測(cè)結(jié)果
4.1.1實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)
為了比較全面地研究受限射流,實(shí)驗(yàn)采用了6種不同的噴嘴出口直徑,對(duì)應(yīng)著較大的受限度范圍(=4.25~53.17,F(xiàn)n為堵頭圓管橫截面面積,do為噴嘴出口直徑)。噴嘴出口流速的選擇,保證了出口雷諾數(shù)處于自模區(qū)(Re0>104)。各組實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)見表1。
表1受限射流實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)
實(shí)驗(yàn)組次123456
噴口直徑d0/mm4510204050
堵頭圓管直徑/mm240240240240240240
受限度53.1742.521.310.65.324.25
噴嘴出口溫度/℃22.3±0.222.5±0.223.4±0.327.0±0.424.5±0.323.6±0.2
噴嘴出口流速/u0/m/s57.4747.057.8629.3629.337.84
噴嘴出口雷諾數(shù)Re0/1041.441.473.623.677.335.03
表中
4.1.2各組實(shí)驗(yàn)量測(cè)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)量測(cè)的時(shí)均流速及脈動(dòng)流速相對(duì)值的典型結(jié)果見圖6。圖中的軸向流速脈動(dòng)相對(duì)值是指,um為射流軸線時(shí)均流速。射流邊界位置由正反流邊界探針確定。邊界附近的時(shí)均流速參考皮托管量測(cè)進(jìn)行了修正(圖6a給出修正后的時(shí)均流速分布)。距噴嘴出口距離增大后,由于流速減小,正反流邊界探針?lè)直娌怀鲞吔纾院竺娴臄嗝鏇](méi)有給出時(shí)均流速分布,但給出了脈動(dòng)流速分布。
圖6時(shí)均流速與軸向流速脈動(dòng)相對(duì)值沿程分布圖
4.2堵頭管中受限射流的一般特性及分區(qū)
根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的整理分析,受限射流流場(chǎng)可分為四個(gè)區(qū):I自由擴(kuò)展區(qū),Ⅱ受限擴(kuò)展區(qū),Ⅲ收縮區(qū),Ⅳ零均流區(qū),如圖7所示。
圖7堵頭管中受限射流流場(chǎng)示意圖
I自由擴(kuò)展區(qū),Ⅱ受限擴(kuò)展區(qū),Ⅲ收縮區(qū),Ⅳ零均流區(qū)
在第一臨界斷面C1之前為自由擴(kuò)展區(qū),C1斷面之后,射流的擴(kuò)展受到邊界和回流的限制,其卷吸周圍流體作用減弱,射流半徑流量的增加速率逐漸減慢,但總的趨勢(shì)仍是半徑增大,流量增加,故稱為受限擴(kuò)展區(qū),直到第二臨界斷面C2。此后,射流運(yùn)動(dòng)發(fā)生根本轉(zhuǎn)折,射流流線開始越出邊界產(chǎn)生回流,射流區(qū)流量沿程減少,在第二臨界斷面上射流區(qū)流量達(dá)到最大值,而射流半徑在C2斷面稍后達(dá)到最大值,然后逐漸縮小,稱為收縮區(qū),收縮區(qū)末端位置(第三臨界斷面)由射流最遠(yuǎn)作用長(zhǎng)度決定??筛鶕?jù)實(shí)際工程中對(duì)軸線流速的限值給出(詳見4.3.1)。第三臨界斷面和圓管堵頭之間是第Ⅳ區(qū)--零均流區(qū),或稱尾部旋渦區(qū),該區(qū)氣流的特點(diǎn)是處理"阻滯"和"堆積"狀態(tài),形成一個(gè)或多個(gè)不穩(wěn)定的大尺度旋渦,旋渦誘導(dǎo)的瞬時(shí)流甚,時(shí)間平均流速為零,壓力均勻。
堵頭管中的射流,在第I和第Ⅱ區(qū)所卷吸的流體來(lái)自本身的回流,管內(nèi)空氣產(chǎn)生多次循環(huán),排除的只是從噴口噴入的那部分空氣量。
4.3受限射流的時(shí)均流動(dòng)特性
4.3.1受限射流軸線流速變化規(guī)律
射流進(jìn)入堵頭管后,由于動(dòng)量的衰減和橫向傳遞,流速不斷降低。圖8是射流軸線上時(shí)均流速隨無(wú)量綱距離x/d0的沿程變化。
從圖中可見,軸線流速的變化取決于射流的受限度。當(dāng)受限度很大時(shí),軸線流速急劇下降,射流相對(duì)射程x/d0隨著受限度減小而增大。而且隨著受限程度減小,軸線流速的變化曲線互相趨于接近,當(dāng)受限度很時(shí),趨近于圖8中用虛線表示的自由射流軸線流速變化曲線,射流受了程度越大,其軸線流速變化曲線um/u0=f(x/d0)離自由射流的曲線越遠(yuǎn)。
圖8軸線流速隨x/d0的變化
圖9是用無(wú)量綱距離表示的軸線流速沿程變化。圖9a中曲線表示巴哈列夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值。從圖中可見,實(shí)測(cè)值與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值在趨勢(shì)上是一致的,但在數(shù)值上,前者大于后者。巴哈列夫的受限射流軸線流速經(jīng)驗(yàn)公式是把受限度引入自由射流軸線流速公式之后擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。他采用的自由射流軸線流速公式為
(1)
式中<1時(shí),≥1時(shí),A=6.5a(2)
圖9軸線流速隨的變化
巴哈列夫把自由射流看作受限射流的極限情況,將受限度以e的指數(shù)形式引入式(1),得以受限射流軸線流速表示式:
(3)
式中的指數(shù)m即反映射流受限程度的影響,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),巴氏得到
(4)
由此可見1自由射流的軸線流速公式在巴氏受限射流軸線流速經(jīng)驗(yàn)公式中起著重要作用。圖10比較了式(1)和Tollmien的理論解[1],即,發(fā)現(xiàn)巴氏所采用的自由射流軸線流速公式(1)的計(jì)算值低于其它學(xué)者的研究成果。本文采用Tollmien理論解的數(shù)據(jù)擬合式(1)中的因數(shù)A,得到當(dāng)<1時(shí)(5a)A=6.85a當(dāng)≥1時(shí)(5b)于是經(jīng)過(guò)修正的受限射流軸線流速經(jīng)驗(yàn)公式變?yōu)?/p>
(6)
式中A按式(5)選取。
圖10自由射流線流速沿程變化
圖8、圖9b中的曲線均是根據(jù)式(6)計(jì)算得到的。從圖中可見,實(shí)測(cè)值與之基本相符。
考慮到射流作用的末端,斷面上流速分布趨于均勻,軸線流速與斷面平均流速相差不大,在實(shí)際工程中可把軸線流速達(dá)到給定值ud時(shí)的長(zhǎng)度定義為射流最遠(yuǎn)作用長(zhǎng)度。ud根據(jù)需要選定,在通風(fēng)空調(diào)中ud一般為0.07~0.04m/s[9][13],代入式(6)可以得到受限射流的最遠(yuǎn)作用長(zhǎng)度,也就是第三臨界斷面的位置。
4.3.2受限射流流量的變化規(guī)律
根據(jù)實(shí)測(cè)斷面流速分布,可得受限射流的流量Qj。圖10是受限射流流量隨時(shí)無(wú)量綱距離的沿程變化。由于管壁邊界限制了射流的發(fā)展,受限射流的流量不像自由射流那樣沿程增加,而是先逐漸增大,到達(dá)第二臨界斷面之后,由于氣流的回轉(zhuǎn),射流流量逐漸減小。在圖10中,從射流噴口到第一臨界斷面的自由擴(kuò)展區(qū),流量增加很快;隨后的受限擴(kuò)展區(qū),流量增加速度逐漸減慢并在第二臨界斷面處達(dá)到最大值;第二臨界斷面以后,射流流量逐漸減小。
射流流量的沿程變化在一定程度上反映了射流的卷吸性質(zhì),從圖11a可見,射流受限越大,相對(duì)流量Qj/Q0最大值越小,卷吸量越小。圖11b是各個(gè)受限度射流無(wú)量流量的綜合結(jié)果。從圖中可見,不同受限度的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)比較接近,可用一條曲線表示。圖中曲線1是根據(jù)巴哈列夫經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的。從圖中可見實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與之偏差較大,歸因于巴哈列夫量測(cè)流速的儀器--電風(fēng)速儀在紊動(dòng)強(qiáng)度較高時(shí)精度較差。
仍選用巴氏經(jīng)驗(yàn)公式的形式,擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到
(7)
如圖11b中曲線2所示。圖11a中的曲線也是根據(jù)式(7)給出的。兩圖中小受限度的一些斷面與其它實(shí)驗(yàn)點(diǎn)偏離的原因可能是小受限度時(shí),噴口直徑很小,相應(yīng)的噴口流量Q0也小,這樣流速量測(cè)時(shí)較小的誤差可能導(dǎo)致Qj/Q0較大的誤差,故在擬合式(7)時(shí)沒(méi)有包括明顯有誤差之點(diǎn)。
圖11射流流量隨的沿程變化
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,射流在各種受限度下,第二臨界斷面均在同一無(wú)量綱距離c2=0.21處,在此斷面上,射流量達(dá)到最大
值:(8)
4.3.3受限射流射流區(qū)平均流速變化規(guī)律
根據(jù)受限射流流量及射流半徑的變化規(guī)律,可得到受限射流射流區(qū)平均流速的沿程變化規(guī)律,如圖12所示。從圖12b可
見,各受限度下射流平均流速無(wú)量綱綜合值的分布很有規(guī)律。由上述實(shí)驗(yàn)成果,可得到射流區(qū)平均流速變化的經(jīng)驗(yàn)公式
(9)
根據(jù)式(9)所作的曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符。
圖12射流區(qū)平均流速沿程變化
4.3.4受限射流回流區(qū)平均流速變化規(guī)律
如前所述,堵頭管中受限射流,由于邊界的限制,射流的外部存在回流。在通風(fēng)空調(diào)工程中,工作區(qū)通常位于回流區(qū),這是因?yàn)榛亓鲄^(qū)流動(dòng)的流速和溫差已充分衰減,具有比較均勻穩(wěn)定流速場(chǎng)和溫度場(chǎng),所以回流區(qū)平均流速是通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo),在實(shí)際工程中,往往要限制回流區(qū)平均流速最大值不得超過(guò)工作區(qū)風(fēng)速的允許值。
目前,在通風(fēng)空調(diào)工程設(shè)計(jì)中,巴哈列夫?qū)嶒?yàn)得到的回流區(qū)平均流速經(jīng)驗(yàn)公式
(10)被廣泛采用[13,14],但在文獻(xiàn)[9]中這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式里的回流區(qū)平均流速定義不明確。斷面平均流速是相應(yīng)流量和相應(yīng)面積的比值,但文獻(xiàn)[9]卻先給出回流區(qū)平均流速在堵頭管長(zhǎng)度上的變化。擬合得到式(10),然后由連續(xù)原理得到回流流量Qr(等于同一斷面的射流流量Qj)和式(10),給出了回流面積,未免令人費(fèi)解。
本文定義每個(gè)斷面上的回流區(qū)面積Fr等于圓管面積Fn與射流區(qū)面積Fj之差,即
Fr=Fn-Fj(11)
再由(12)得到各斷面的回流區(qū)平均流速。
圖13表示回流區(qū)平均流速隨的沿程變化。從圖中可見,噴口直徑越大,越小,回流區(qū)平均流速無(wú)量綱vr/u0越大。并且受限度不同的射流,在第二臨界為面c2=0.21處回流區(qū)平均流速均達(dá)到最大值。
圖13回流區(qū)平均流速隨的沿程變化
圖13b中曲線是不同受限度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合曲線,所得的擬合公式為
(13)回流區(qū)平均流速?gòu)膰娍陂_始逐漸增加,至第二臨界斷面c2=0.21達(dá)到最大值,然后又逐漸減小。在第二臨界斷面上,回流區(qū)平均流速最大值等于(14)
4.4受限射流的紊動(dòng)特性
根據(jù)圖6中給出的堵頭管中受限射流軸向流速及相對(duì)值的沿程分布,可以對(duì)受限射流的紊動(dòng)特性進(jìn)行初步探討。
圖14是不同受限度下射流軸線上隨x/d0的變化(在射流軸線上,ε1與相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度相同)。圖中虛線取自參考文獻(xiàn)[15][16]中自由射流數(shù)據(jù)。
圖14射流軸線上相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度沿程變化
從圖中可知,在自由擴(kuò)展區(qū),不同受限度射線軸線上相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度變化與自由射流基本一致;而自由擴(kuò)展區(qū)之后,受限射流細(xì)線上紊動(dòng)強(qiáng)度沿程持續(xù)增加,并不是趨于常數(shù)。分析其原因,無(wú)論是自由射流還是堵頭管中的受限射流,在射流軸線上ui/xj=0,因而軸線上不產(chǎn)生紊動(dòng),軸線上的紊動(dòng)是由上游的輸運(yùn)和附近的擴(kuò)散引起的。在受限條件下,由于回流的存在,射流斷面上流速分布更不均勻,軸線附近紊動(dòng)加大,因而擴(kuò)散到軸線上的紊動(dòng)也相應(yīng)地增加;同時(shí),主流的波動(dòng)也是導(dǎo)致相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度增加的原因。
從圖6可見,不同受限度射流軸向流速脈動(dòng)ε1在斷面上的徑向分布情況,氣流從噴口噴入堵頭管中,在勢(shì)流核心區(qū)沒(méi)有完全消失的斷面,核心區(qū)內(nèi)ε1很??;隨著徑向坐標(biāo)r的增加,ε1先是逐漸增大,增大到一定程度后開始減小,直至射流邊界附近;此后r再增大,ε1基本保持為常數(shù)。結(jié)合斷面上時(shí)均流速的分布,可以得到,從射流軸線開始,隨著r的增加,相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度先是和ε1一樣逐漸增大,但當(dāng)ε1達(dá)到最大值并開始減小時(shí),由于時(shí)均流速u的減小,ε將趨近于∞。而在射流邊界以外的回流區(qū),雖然ε1保持在一個(gè)較低水平,但由于時(shí)均流速同樣較低,相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度ε值仍然較大。從圖6中還可以看出,隨著軸向距離的增加,整個(gè)斷面的軸向流速脈動(dòng)均增大,并逐漸趨于均勻。
圖15給出的是d0=20mm,=10.6的射流各斷面上回流區(qū)軸向流速脈動(dòng)相對(duì)于回流區(qū)平均速度vr的沿程變
化,從圖中可以看出,隨著回流越接近出口,ε2值越大,這主要是vr迅速減小的結(jié)果。
圖15回流區(qū)ε2沿程變化
5結(jié)語(yǔ)
5.1以往對(duì)堵頭管中射流時(shí)均特性的研究成果定性上是正確的。但是,由于實(shí)驗(yàn)多在早期完成,受到量測(cè)手段的局限,定量存在一定的誤差。本文采用了熱膜流速儀以及專門設(shè)計(jì)的正反流邊界探針,使得研究成果具有較高的可靠性。
5.2堵頭管中射流的發(fā)展可分為四個(gè)區(qū):自由擴(kuò)散區(qū)、受限擴(kuò)展區(qū)、收縮區(qū)和零均流區(qū)。分區(qū)的第一臨界斷面和第二臨界斷面分別在c1=0.09和c2=0.21處,第三臨界斷面則由射流最大作用長(zhǎng)度決定。
5.3對(duì)巴哈列夫關(guān)于受限射流軸線流速沿程變化的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了修正,見式(6)受限射流、流量射流區(qū)平均速度沿程變化可分別按經(jīng)驗(yàn)公式(7)和(9)計(jì)算。
5.4通過(guò)定義回流區(qū)面積等于堵頭管面積與射流區(qū)面積之差,給出了通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)--回流區(qū)平均速度的經(jīng)驗(yàn)公式(13),澄清了巴哈列夫?qū)亓鲄^(qū)平均速度定義的不明確之處。
5.5在實(shí)驗(yàn)所包括的協(xié)諾數(shù)范圍內(nèi)(Re0>104),受限射流的流動(dòng)與雷諾數(shù)無(wú)關(guān),這主要是由于在高雷諾數(shù)情況下,旋渦結(jié)構(gòu)的變化主要在于最小旋渦尺度的減小,而大旋渦尺度基本不變,由于卷吸強(qiáng)度受尺度旋渦的影響,故受限射流的卷吸強(qiáng)度亦不隨Re0而變化。但是,受限度影響流動(dòng)的發(fā)生發(fā)展以及卷吸強(qiáng)度的大小,受限度越大,射流所卷吸的流量越小。
5.6在受限條件下,由于回流的存在,射流的紊動(dòng)在整個(gè)堵頭管中都很劇烈,尤其是在收縮區(qū)和零均流區(qū)。預(yù)示依據(jù)研究堵頭管中的射流,無(wú)論是理論分析還是數(shù)值計(jì)算,必須對(duì)運(yùn)動(dòng)方程中流速脈動(dòng)項(xiàng)給予充分的重視。
6參考文獻(xiàn)
1AbramovichGN.TheTheoryofTurbulentJets.Massachusetts:MITPress,1963.
2RajaratnamN.TurbulentJets.Elsevier,Amsterdam.1976.
3RodiW.TurbulentBuoyantJetsandPlumes.Oxford:PergramonPress,1982.
4HinzeJO.Turbulence.2ndedition,NewYork:McGraw-Hill,1975.
5余常昭,環(huán)境流體力學(xué)導(dǎo)論,北京:清華大學(xué)出版社,1992。
6余常昭,紊動(dòng)射流,北京:高等教育出版社,1993。
7KovasznayLGG.StructureandMechanismsofTurbulence.EdbyFiedlerH.ProcSymponTurbulence,Berlin,1997,vol1:1~18.
8LauferJ.AnnRevFluidMech.1975,7:307~326.
9巴哈列夫BA,特羅楊諾夫斯基著,寧德平譯,集中送風(fēng)式采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算原理。北京:中國(guó)工業(yè)出版社,1965。
10HusssainAKMFandRamjeeV.Effectsoftheaxisym-metricshapeonincompressibleturbulentflowJFluidEng,1976,98:55~69.
11王世蛤,陳睿,姚志化,二元火焰穩(wěn)定器冷態(tài)流場(chǎng)測(cè)量,工程熱物理學(xué)報(bào),1983,4(1):74~79。
12ГорбуноваГМ.СгaбициэaцияПлaмeнииРaзвитиеПроцeccaСгopaиявТурбуцнентномПотоке.ГоcyцapcтвeннoeНаучно-ТexничeckoeИэцательство,Оборонтиэ,1961.
13陸耀慶主編,供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè),北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1986。
14周謨?nèi)手骶帲黧w力學(xué)泵與風(fēng)機(jī),第二版,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1985。